船舶の摩擦抵抗低減を微小気泡で実証~翼の負圧を利用して微小気泡を船底に誘導する~(機械工学系 熊谷一郎)

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船舶の摩擦抵抗低減を微小気泡で実証
~翼の負圧を利用して微小気泡を船底に誘導する~

整理番号:2016-028


研究者名: 熊谷 一郎(Ichiro Kumagai)
所  属: 理工学部 総合理工学科 機械工学系 教授
専門分野:流体工学、流体可視化技術
キーワード:省エネルギー、曝気装置、微小気泡発生装置、撹拌混合

研究概要

微小気泡を用いた船舶の摩擦抵抗低減技術に関する研究は、輸送効率の向上、燃料コストの削減、そして地球温暖化防止へ向けた省エネルギー技術として脚光を浴びはじめている。このような状況の中、空気導入管とその船底側に水中翼を取り付けた微小気泡発生装置を開発した。
本装置は、水中翼上面の負圧を利用して大気中の空気を船底に誘導するところに特徴がある(図1及び図2)。即ち、船舶の推進によって生じる水の流れが水中翼を過ぎる際、翼上面に発生する負圧により、空気をほぼ大気圧のまま船底に導入し、微小気泡を発生させるため、空気の圧送に伴うエネルギーを必要としない。

  • 船舶の抵抗低減に対して有効に働く微細気泡を効率的に、しかも大量に発生させることが可能となった(図3)。
  • 実船試験を行い、正味10~15%の動力節減を実証した。船舶スピード上昇と共に、動力節減効果も上昇した(図4)。
  • 気泡発生動力が小さいため、装着数に比例して省エネルギー効果も増加した。

 

図1 船舶に装着した水中翼及び空気導入の模式図

図2 空気導入管を有する水中翼

図3 水中翼による気泡発生状況

図4 実船試験での船舶スピードと軸動力(Shaft Power)の関係

図4 実船試験での船舶スピードと軸動力(Shaft Power)の関係

応用例・用途

  • 本微小気泡発生装置により、船舶のエネルギー消費量を低減することが可能となる。
  • 船舶の形状や運用に適した水中翼の最適化により、省エネルギー効果向上が可能となる。

研究設備

  • ハイスピードカメラ
  • 3D CAD
  • 3Dプリンター
  • 実験水槽